开关电路以及运行方法与流程

本公开中所述实施例内容涉及一种电路技术，特别涉及一种开关电路以及运行方法。

背景技术：

随着物联网的发展，许多系统芯片会搭配各种负载(例如：灯具)设置。然而，当电流峰值或平均电流值过高时，这些负载可能发生误启动(例如：闪烁)的问题。

技术实现要素：

本公开的一些实施方式涉及一种开关电路。开关电路包含一火线取电电路、一控制电路以及一可控电容阵列。火线取电电路耦接一火线以接收一交流电压。控制电路用以对交流电压进行一过零检测。可控电容阵列耦接火线取电电路以及控制电路。控制电路用以基于一第一开关的状态以及一过零检测结果，控制火线取电电路供电给控制电路或可控电容阵列放电以对控制电路供电。

本公开的一些实施方式涉及一种开关电路。开关电路包含一火线取电电路以及一控制电路。火线取电电路耦接一火线以接收一交流电压。控制电路用以依据一开关的状态与交流电压，控制火线取电电路或一储能电路供电给控制电路。控制电路包含一网络模块控制芯片。在该网络模块控制芯片执行一扫描程序的情况下，当一第一通道扫描完成后，网络模块控制芯片进入一睡眠模式，且当睡眠模式结束后，扫描一第二通道。

本公开的一些实施方式涉及一种开关电路的运行方法。运行方法包含：通过一火线取电电路接收一交流电压；通过一控制电路对交流电压进行一过零检测；以及基于一第一开关的状态以及一过零检测结果，通过火线取电电路供电给控制电路或通过一可控电容阵列放电以对控制电路供电。

综上所述，通过本公开中的开关电路以及运行方法，可降低电流峰值或平均电流值，以避免负载被误启动。

附图说明

为让本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能够更明显易懂，附图的说明如下：

图1是依照本公开一些实施例所示出的一开关电路、一火线、一零线以及一负载的功能方框图；

图2是依照本公开一些实施例所示出的开关电路、火线、零线以及负载的电路图；以及

图3是依照本公开一些实施例所示出的一开关电路的运行方法的流程图。

符号说明

100：开关电路

120：火线取电电路

122：供电电路

124：供电电路

140：可控电容阵列

160：控制电路

220：电源管理电路

240：电压转换电路

300：运行方法

l：火线

ac：交流电压

n：零线

ld：负载

v1：电压

vout1、vout2、vout3：输出电压

n1、n2、n3、n4、n5、n6：节点

k1、q1：开关

r1、r2、r3、r4、r5：电阻

c1、c2：电容

z1、z2、z3：稳压二极管

d1、d2、d3：二极管

gnd：接地端

kc：控制信号

ct[1]-ct[n]：控制信号

ca[1]-ca[n]：电容

s[1]-s[n]：开关

s302、s304、s306：操作

具体实施方式

在本文中所使用的用词“耦接”亦可指“电性耦接”，且用词“连接”亦可指“电性连接”。“耦接”及“连接”亦可指两个或更多个元件相互配合或相互互动。

请参考图1。图1是依照本公开一些实施例所示出的开关电路100、火线l、零线n以及负载ld的功能方框图。以图1示例而言，开关电路100耦接火线l以及负载ld。负载ld耦接零线n。开关电路100接收来自火线l的交流电压ac，且依据交流电压ac对负载ld供电。在一些实施例中，交流电压ac为220伏特的交流电，但本公开不以此为限。

在一些实施例中，开关电路100包含火线取电电路120、可控电容阵列140以及控制电路160。火线取电电路120耦接于火线l与负载ld之间。火线取电电路120包含供电电路122以及124。可控电容阵列140耦接火线取电电路120以及控制电路160。控制电路160耦接火线取电电路120。火线取电电路120接收来自火线l的交流电压ac。控制电路160会对交流电压ac进行过零检测。举例而言，控制电路160会对火线取电电路120中的电压v1进行过零检测。在一些实施例中，电压v1的相位相关于交流电压ac的相位，因此对电压v1进行过零检测等同于对交流电压ac进行过零检测。如此，便可判断当前的交流电压ac是处于正半周(正电压)或是处于负半周(负电压)。基于过零检测结果以及开关(如图2的开关k1)的状态，将会决定是由火线取电电路120供电给控制电路160或者由可控电容阵列140放电以供电给控制电路160，以使控制电路160正常运行。例如，火线取电电路120的供电电路122(供电电路124)可将输出电压vout1(输出电压vout2)输出给控制电路160。而可控电容阵列140可放电以将输出电压vout3输出给控制电路160。在一些实施例中，可控电容阵列140可受控制电路160的控制信号ct[1]-ct[n]控制。

在一些实施例中，负载ld为灯具，但本公开不以此为限。控制电路160为网络模块控制芯片，例如为无线相容认证系统芯片(wi-fisoc)，本公开同样不以此为限。如此，智能家电系统将具有连网功能(wi-fi)，可实现物联网系统。上述负载ld以及控制电路160的实现方式仅为示例，各种可用以实现负载ld以及控制电路160的实现方式皆在本公开的范围内。

由于可控电容阵列140是由多个电容值较小的电容组成，因此可降低电流回路中的电流峰值，以避免负载ld被误启动。这些电容的电容值以及这些电容的总数量可依据负载ld(例如：灯具瓦数)进行设定。另外，采用可控电容阵列140作为储能电路，可避免传统锂电池寿命短以及安全性较低的问题。

请参考图2。图2是依照本公开一些实施例所示出的开关电路100、火线l、零线n以及负载ld的电路图。

在一些实施例中，供电电路122包含二极管d1、电阻r5、电容c2以及电源管理电路220。供电电路124包含开关q1、电阻r4、稳压二极管z1-z3、二极管d2-d3以及电压转换电路240。火线取电电路120还包含电阻r1-r3、电容c1以及开关k1。如图2所示，火线l耦接电阻r1。电阻r1与电阻r2串联耦接。电阻r2与电阻r3串联耦接于节点n1。电容c1与电阻r3并联耦接。电压v1产生于节点n1。如前所述，控制电路160会对电压v1进行过零检测，以判断当前的交流电压ac是处于正半周(正电压)或是处于负半周(负电压)。另外，开关q1耦接于节点n2与接地端gnd之间。在一些实施例中，开关q1是以可控硅实现，但本公开不以此为限。电阻r4耦接于节点n3与接地端gnd之间。稳压二极管z1以及z2耦接于节点n3与节点n4之间。二极管d2耦接于节点n4与接地端gnd之间。二极管d3耦接于节点n4与节点n5之间。稳压二极管z3耦接于节点n5与接地端gnd之间。电压转换电路240耦接于节点n5与控制电路160之间。开关k1耦接于节点n2与节点n4之间。二极管d1以及电阻r5串联耦接于节点n2与节点n6之间。电容c2耦接于节点n6与接地端gnd之间。电源管理电路220耦接于节点n6、接地端gnd与可控电容阵列140之间。

在一些实施例中，可控电容阵列140包含n个电容ca[1]-ca[n]以及n个开关s[1]-s[n]。电容ca[1]-ca[n]的任何一者与开关s[1]-s[n]的一对应者串联耦接，以形成可控电容阵列140。开关s[1]-s[n]分别受控制信号ct[1]-ct[n]控制而导通或截止。

以下将针对开关电路100的运行进行详细描述。

当开关k1受控制信号kc控制而截止且过零检测结果为正半周时，供电电路122依据交流电压ac产生输出电压vout1，以对控制电路160供电且对可控电容阵列140充电。举例而言，当使用者关掉负载时，控制电路160将输出控制信号kc截止开关k1。若交流电压ac为正半周，位于节点n1的电压v1亦为正半周。此时，过零检测结果为正半周。由于开关k1为截止，因此交流电压ac会经由二极管d1整流(半波整流)并通过电阻r5以及电容c2进行滤波。据此，电源管理电路220会产生输出电压vout1，以对控制电路160供电。如此，即使使用者将负载(例如：灯具)关掉，控制电路160仍能正常运行，以维持物联网系统的运行。另外，控制电路160会将控制信号ct[1]-ct[n]输出至可控电容阵列140，以控制开关s[1]-s[n]至少部分导通。由于开关s[1]-s[n]至少部分导通，因此输出电压vout1可对可控电容阵列140充电。若交流电压ac为220伏特的交流电，电路系统满足以下公式(1)：

ni×220×t＝i2×vout1…(1)

其中ni是零线n上的电流，t为开关电路100的转换效率，i1是可控电容阵列140的电流，i2是控制电路160的工作电流。

当开关k1受控制信号kc控制而截止且过零检测结果为负半周时，可控电容阵列140放电以对控制电路160供电。举例而言，当使用者关掉负载时，控制电路160输出控制信号kc截止开关k1。若交流电压ac为负半周，位于节点n1的电压v1亦为负半周。此时，过零检测结果为负半周。负半周的交流电压ac会被二极管d1整流。电源管理电路220停止输出输出电压vout1。此时，控制电路160会输出控制信号ct[1]-ct[n]给可控电容阵列140，以控制开关s[1]-s[n]至少部分导通。如此，可控电容阵列140可放电以产生输出电压vout3。输出电压vout3可用以对控制电路160供电，以确保控制电路160能正常运行。此时，若交流电压ac为220伏特的交流电，电路系统满足以下公式(2)：

ni×220×t＝i2×vout3…(2)

其中ni是零线n上的电流，t为开关电路100的转换效率，i2是控制电路160的工作电流。

另外，当可控电容阵列140的放电电压(输出电压vout3)低于一预设电压时，控制电路160控制开关s[1]-s[n]中更多开关导通，以提高且维持可控电容阵列140的放电电压。

当开关k1为导通且过零检测结果为正半周时，供电电路124依据交流电压ac产生输出电压vout2，以对控制电路160供电且对可控电容阵列140充电。举例而言，当使用者打开负载时，控制电路160输出控制信号kc导通开关k1。若交流电压ac为正半周，位于节点n1的电压v1亦为正半周。此时，过零检测结果为正半周。另外，控制电路160会输出控制信号ct[1]-ct[n]给可控电容阵列140，以控制开关s[1]-s[n]至少部分导通。由于开关k1为导通，因此交流电压ac会流经开关k1。据此，位于节点n4以及n3的电压会提高(例如：7伏特)。此时，开关q1导通。交流电压ac经由开关q1流至负载ld。若负载ld为灯具，此时灯具发亮。另外，节点n5的电压会随着节点n4的电压提高。而电压转换电路240会将位于节点n5的电压进行转换(例如：降压)，以产生输出电压vout2。输出电压vout2可用以对控制电路160供电。另外，控制电路160会输出控制信号ct[1]-ct[n]给可控电容阵列140，以控制开关s[1]-s[n]至少部分导通。由于开关s[1]-s[n]至少部分导通，因此输出电压vout2可对可控电容阵列140充电。

当开关k1为导通且过零检测结果为负半周时，可控电容阵列140放电以对控制电路160供电。举例而言，当使用者打开负载时，控制电路160输出控制信号kc导通开关k1。若交流电压ac为负半周，位于节点n1的电压v1亦为负半周。此时，过零检测结果为负半周。控制电路160会输出控制信号ct[1]-ct[n]给可控电容阵列140，以控制开关s[1]-s[n]至少部分导通。如此，可控电容阵列140可放电以产生输出电压vout3。输出电压vout3可用以对控制电路160供电，以确保控制电路160能正常运行。

如前所述，在一些实施例中，控制电路160为网络模块控制芯片，例如：wi-fisoc。网络模块控制芯片的连线过程包含扫描程序、认证程序、关联程序、可扩展认证协议(extensibleauthenticationprotocol；eap)程序、动态主机设定协定(dynamichostconfigurationprotocol；dhcp)程序。当控制电路160执行扫描程序时，需对多个通道进行扫描。在一些实施例中，在任意两个通道扫描之间插入睡眠时间。举例而言，当一通道扫描完成后，控制电路160会进入睡眠模式。当睡眠模式结束后，再继续扫描另一通道。如此，将可降低平均电流，以避免负载ld被误启动。而睡眠模式的时间可依实际需求设定。

另外，在一些实施例中，在控制电路160(网络模块控制芯片)执行可扩展认证协议程序的情况下，当控制电路160与网络基地台完成一次交握(handshake)程序后，控制电路160将会进入睡眠模式。如此，可降低平均电流，以避免负载ld被误启动。而睡眠模式的时间可依实际需求设定。

另外，在一些实施例中，当控制电路160(网络模块控制芯片)进行重连程序时，重连次数将被设定成低于一预设次数。此预设次数例如是50次，但本公开不以此为限。在其他相关技术中，重连次数并不限制。相较于这些相关技术，控制电路160的重连次数低于预设次数。如此，将可降低平均电流，以避免负载ld被误启动。

另外，在一些实施例中，当过零检测结果为负半周时，控制电路160才执行传输程序。传输程序可以是可周期性控制的数据传输程序。举例而言，传输程序是根据物联网的设定，周期性地向服务器上传部分设备状态信息，或者周期性地获取部分网络信息。本公开不以上述这些为限。通过控制电路160在过零检测结果为负半周时才执行传输程序，将可降低电流峰值，以避免负载ld被误启动。

请参考图3。图3是依照本公开一些实施例所示出的一开关电路的运行方法300的流程图。运行方法300包含操作s302、s304以及s306。在一些实施例中，运行方法300被应用于图1的开关电路100中，但本公开不以此为限。为易于理解，运行方法300将搭配图1进行讨论。

在操作s302中，通过火线取电电路120接收交流电压ac。在一些实施例中，火线取电电路120耦接火线l，以从火线l接收交流电压ac。

在操作s304中，通过控制电路160对交流电压ac进行过零检测。在一些实施例中，控制电路160会对节点n1的电压v1进行过零检测。由于电压v1的相位相关于交流电压ac的相位，因此对电压v1进行过零检测等同于对交流电压ac进行过零检测。借此，可判断当前的交流电压ac是处于正半周(正电压)或是处于负半周(负电压)。

在操作s306中，基于开关k1的状态以及过零检测结果，通过火线取电电路120或可控电容阵列140供电给控制电路160。在一些实施例中，当开关k1为截止且过零检测结果为正半周时，由火线取电电路120的供电电路122对控制电路160供电。当开关k1为截止且过零检测结果为负半周时，由可控电容阵列140放电以对控制电路160供电。当开关k1为导通且过零检测结果为正半周时，由火线取电电路120的供电电路124对控制电路160供电。当开关k1为导通且过零检测结果为负半周时，由可控电容阵列140放电以对控制电路160供电。

综上所述，通过本公开中的开关电路以及运行方法，可降低电流峰值或平均电流值，以避免负载被误启动。

虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。